门电路和组合逻辑电路.pptx

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1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录第第20章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路20.1 20.1 数字脉冲信号数字脉冲信号数字脉冲信号数字脉冲信号20.2 20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合基本门电路及其组合基本门电路及其组合 20.5 20.5 逻辑代数逻辑代数逻辑代数逻辑代数 20.4 CMOS 20.4 CMOS门电路门电路门电路门电路20.3 TTL20.3 TTL门电路门电路门电路门电路 20.6 20.6 组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合组合逻辑电路的分析与综合20.7 20.7 加法器加法器加法器加法

2、器20.8 20.8 编码器编码器编码器编码器20.9 20.9 译码器和数字显示译码器和数字显示译码器和数字显示译码器和数字显示20.10 20.10 数据分配器和数据选择器数据分配器和数据选择器数据分配器和数据选择器数据分配器和数据选择器20.11 20.11 应用举例应用举例应用举例应用举例下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录正逻辑：高电平表示正逻辑：高电平表示1，低电平表示，低电平表示0负逻辑：高电平表示负逻辑：高电平表示0，低电平表示，低电平表示120.1 数字脉冲信号数字脉冲信号000011101010100011001数字数字0数字数字1数字数字2数字数字3数字数

3、字4数字数字5数字数字6下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别模拟信号：模拟信号：在时间上和在时间上和数值上连续的信号。数值上连续的信号。数字信号：数字信号：在时间上和在时间上和数值上不连续的（即离数值上不连续的（即离散的）信号。又称为散的）信号。又称为二二进制数字信号进制数字信号uu模拟信号波形模拟信号波形数字信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传输、对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为处理的电子线路称为模拟电路。模拟电路。对数字信号进行传输、对数字信号进行传输、处理的电子线路称为处理的电子线路称为数字电路。数字电路。下一页下

4、一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例例 设计实现序列码产生电路：当设计实现序列码产生电路：当X=1时，输出时，输出 Z=Z1=100110；当；当X=0时，输出时，输出Z=Z2=110100。要求画出其要求画出其逻辑电路图逻辑电路图。输入变量：输入变量：X输出变量：输出变量：Z 某公司有某公司有A、B、C、D四个股东，分别占有四个股东，分别占有45%、15%、30%、10%的股份，设计一个表决器，的股份，设计一个表决器，用于开会时按照股份大小进行表决的结果：赞成者用于开会时按照股份大小进行表决的结果：赞成者的股份之和大于的股份之和大于50%的，决议通过，否则决议被否的，决议通过，否则

5、决议被否决。要求用决。要求用门电路门电路来实现，试画出其来实现，试画出其逻辑电路图逻辑电路图。（1 1）工作信号是二进制的数字信号工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即（即0 0和和1 1两个逻辑值）。两个逻辑值）。（2 2）在数字电路中，）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。（3 3）对组成数字电路的元器件的精度要

6、求不高对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时，只要在工作时能够可靠地区分能够可靠地区分0 0和和1 1两种状态即可。两种状态即可。数字电路的特点数字电路的特点数字电路的优点数字电路的优点（1 1）便于集成与系列化生产，成本低廉，使用方便；）便于集成与系列化生产，成本低廉，使用方便；（2 2）工作准确可靠，精度高，抗干扰能力强。）工作准确可靠，精度高，抗干扰能力强。（3 3）不仅能完成数值计算，还能完成逻辑运算和）不仅能完成数值计算，还能完成逻辑运算和 判断，运算速度快，保密性强。判断，运算速度快，保密性强。（4 4）维修方便，故障的识别和判断较为容易。）维修方便，故障的识别和判断较

7、为容易。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录获得高、低电平的基本方法：获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件（二极利用半导体开关元件（二极管、三极管）的导通、截止（即开、关）两种工作状态来实现。管、三极管）的导通、截止（即开、关）两种工作状态来实现。逻辑逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1：电子电路中通常把高电平表示为电子电路中通常把高电平表示为逻辑逻辑1 1；把低电平表示为；把低电平表示为逻辑逻辑0 0。（正逻辑）。（正逻辑）逻辑门电路：逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。简称门电路。基本和常用门电路有基本和常用门

8、电路有与与门、门、或或门、门、非非门（反相器）、门（反相器）、与与非非门、门、或非或非门、门、与或非门与或非门和和异或门异或门等。等。20.2 基本门电路及其组合基本门电路及其组合20.2.1 逻辑门电路的基本概念逻辑门电路的基本概念下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.1.1.1.“与与与与”门电路门电路门电路门电路 当决定某事件的全部条件同时具备时，结果才会发生，当决定某事件的全部条件同时具备时，结果才会发生，这种因果关系叫做这种因果关系叫做“与与”逻辑逻辑，也称为，也称为逻辑乘逻辑乘。（1 1）“与与”逻辑关系逻辑关系F=AB与与与与逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：逻辑功

9、能：有有有有0 0 0 0出出出出0 0 0 0，全，全，全，全1 1 1 1出出出出1 1 1 1。（2 2）实现与逻辑关系的电路称为）实现与逻辑关系的电路称为与门与门。20.2.2 分立元件基本逻辑门电路分立元件基本逻辑门电路220V+-BYA下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录“与与”门真值表门真值表“与与”门电路图符号门电路图符号 一个一个“与与”门的输入门的输入端至少为两个，输出端只端至少为两个，输出端只有一个。有一个。（3 3）与逻辑的表达方式。）与逻辑的表达方式。F=AB“与与”逻辑关系表达式逻辑关系表达式下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录“与与

10、与与”逻辑（逻辑乘）的运算规则逻辑（逻辑乘）的运算规则逻辑（逻辑乘）的运算规则逻辑（逻辑乘）的运算规则 与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号门电路的输入信号A A、B B、C C 和输出信号和输出信号F F 的波形图。的波形图。A BCF有有0出出0有有0出出0全全1出出1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2.2.2.2.“或或或或”门电路门电路门电路门电路 当某事件发生的全部条件中至少有一个条件满足时，事件当某事件发生的全部条件中至少有一个条件满足时，事件必然发生，当全部条件都不满足时，事件决不会发生，这种因必

11、然发生，当全部条件都不满足时，事件决不会发生，这种因果关系叫做果关系叫做“或或”逻辑逻辑，也称为，也称为逻辑加逻辑加。（1 1）“或或”逻辑关系逻辑关系F=A+B 或或或或逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：有有有有1 1 1 1出出出出1 1 1 1，全，全，全，全0 0 0 0出出出出0 0 0 0。（2 2）实现或逻辑关系的电路称为）实现或逻辑关系的电路称为或门或门。BY220VA+-下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录“或或”门真值表门真值表“或或”门电路图符号门电路图符号 一个一个“或或或或”门的输入门的输入端也是至少两个，输出端端也是至少两个，输出端只有一个。只

12、有一个。（3 3）或逻辑的表达方式。）或逻辑的表达方式。“或或”逻辑关系表达式逻辑关系表达式F=A+B 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录“或或或或”逻辑（逻辑加）的运算规则逻辑（逻辑加）的运算规则逻辑（逻辑加）的运算规则逻辑（逻辑加）的运算规则 或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信号或门电路的输入信号A A、B B、C C和输出信号和输出信号F F的波形图。的波形图。A BCF全全0出出0全全0出出0有有1出出1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2 2、“或或”逻辑关系逻辑关系F=A+B 或或

13、逻辑功能：逻辑功能：有有1 1出出1 1，全，全0 0出出0 0“或或或或”逻辑逻辑逻辑逻辑门门门门1 1、“与与”逻辑关系逻辑关系F=AB与与与与逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：有有有有0 0 0 0出出出出0 0 0 0，全，全，全，全1 1 1 1出出出出1 1 1 1“与与与与”逻辑逻辑逻辑逻辑门门门门逻辑运算规则逻辑运算规则下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 A +UCC F 原理原理电路图电路图 1 逻辑图符号逻辑图符号 A F RC RB1 RB2 -UBB T 3.3.3.3.“非非非非”门电路门电路门电路门电路 当某事件相关的条件不满足时，事件必然发

14、生；当条件满当某事件相关的条件不满足时，事件必然发生；当条件满足时，事件决不会发生，这种因果关系叫做足时，事件决不会发生，这种因果关系叫做“非非”逻辑逻辑。（1 1）“非非”逻辑关系逻辑关系非非非非逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：逻辑功能：给给给给1 1 1 1出出出出0 0 0 0，给，给，给，给0 0 0 0出出出出1 1 1 1。F=A 当输入当输入A A为高电平为高电平“1”1”(3V)(3V)时，三极管饱和时，三极管饱和导通，输出导通，输出F F 为低电平为低电平“0”0”(0V)(0V)；输入；输入A A 为低电为低电平平“0”(0V)0”(0V)时，三极时，三极管截止，输出管截止，

15、输出F F 为高电为高电平平“1”(3V).1”(3V).（2 2）实现非逻辑关系的电路称为）实现非逻辑关系的电路称为非门非门。Y220VA+-R逻辑非（逻辑反）的运算规则逻辑非（逻辑反）的运算规则“非非非非”门门门门真值表真值表 一个一个“非非非非”门的输入端门的输入端只有只有只有只有1 1 1 1个个个个，输出端只有一个。，输出端只有一个。“非非”门电路图符号门电路图符号“非非”逻辑关系表达式逻辑关系表达式F=A 将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门由与门和非门构成与非门1.1.1.1.与非门与非门与

16、非门与非门与非门与非门与非门与非门的逻辑功能：的逻辑功能：的逻辑功能：的逻辑功能：有有有有0 0 0 0出出出出1 1 1 1；全；全；全；全1 1 1 1出出出出0 0 0 0。与非门真值表与非门真值表20.2.3 基本逻辑门电路的组合基本逻辑门电路的组合F=AB下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录内含内含4 4个两输入端的与非门，个两输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。内含两个内含两个4输入端的与非门，输入端的与非门，电源线及地线公用。电源线及地线公用。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录由或门和非门构成由或门和非门构成或非门或非门或非门的逻

17、辑功能：全或非门的逻辑功能：全或非门的逻辑功能：全或非门的逻辑功能：全0 0 0 0出出出出1 1 1 1；有；有；有；有1 1 1 1出出出出0 0 0 0。或非门真值表或非门真值表2.2.或非门或非门下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3.3.与或非门与或非门下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录20.3 TTL门电路门电路(三极管三极管三极管三极管三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路三极管逻辑门电路)TTL门电路是双极型集成电路，与分立门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，元件相比，具有速度快、可靠性高和微型具有速度快、可靠性高和微型化等优点化

18、等优点，目前分立元件电路已被集成电，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成路替代。下面介绍集成“与非与非”门电路的门电路的工作原理、特性和参数。工作原理、特性和参数。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级20.3.1 TTL“与非与非”门电路门电路1.1.电路电路电路电路E2E3E1B等效电路等效电路等效电路等效电路C多发射极多发射极多发射极多发射极三极管三极管三极管三极管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 T5Y R

19、3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T1(1)(1)输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平输入全为高电平“1”(3.6V)1”(3.6V)时时时时2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理4.3VT T2 2、T T5 5饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通钳位钳位2.1VE E结反偏结反偏结反偏结反偏截止截止截止截止“0”(0.3V)负载电流负载电流负载电流负载电流（灌电流）（灌电流）（灌电流）（灌电流）输入全高输入全高“1”,输出为输出为低低“0”1VT1R1+Ucc T4初始，初始，B B1 1为为4.3V4.3V，T T2 2，T T5 5导通后，导通后，B B1 1钳位钳

20、位2.1V2.1V（因为（因为U UBC1BC1U UBE2BE2U UBE5BE5=0.7V=0.7V）,所以最终，所以最终，T T1 1发射结反偏。发射结反偏。3.6V0.7V1.4V下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 T5Y R3R5AB CR4R2R1 T3 T4T2+5V T11VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止 负载电流负载电流负载电流负载电流（拉电流）（拉电流）（拉电流）（拉电流）(2)(2)输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平输入端有任一低电平“0”(0.3V)0”(0.3V)(0.3V)“1”“0”输入有低输入有低“0”输出为输出

21、为高高“1”流过流过 E结的电结的电流为正向电流流为正向电流5VVY 5-0.7-0.7 =3.6VY=A B C逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：逻辑表达式：Y&ABC逻辑图：逻辑图：逻辑图：逻辑图：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录74LS00、74LS20管脚排列示意图管脚排列示意图&1211109814133456712&UCC4B 4A 4Y3B 3A3Y1B1A1Y2B2A2Y GND(a)74LS001211109814133456712&UCC2D 3C 2BNC 2A2Y1B1ANC1D1C1Y GND74LS20(b)下一页下一页返回返回上一页上一页退出

22、退出章目录章目录(1)(1)电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：电压传输特性：输出电压输出电压输出电压输出电压 U UOO与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压 U Ui i的关系。的关系。的关系。的关系。C CD DE E3.TTL“3.TTL“与非与非与非与非”门特性及参数门特性及参数门特性及参数门特性及参数电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性测试电路测试电路测试电路测试电路A AB BO O1 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/VU UOO/V/V&+5V+5VU Ui iU Uo oV VV V下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章

23、目录A AB BC CD DE E(2)TTL“(2)TTL“与非与非与非与非”门的参数门的参数门的参数门的参数电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性典型值典型值典型值典型值3.6V3.6V，2.4V2.4V为合格为合格为合格为合格典型值典型值典型值典型值0.3V0.3V，0.4V0.4V为合格为合格为合格为合格输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压U UOHOH输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压U UOLOL输出高电平输出高电平输出高电平输出高电平电压电压电压电压U UOHOH和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压和输出低电平电压U

24、 UOLOLU UOO/V/VO O1 12 23 31 12 23 34 4 U Ui i/V/V下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 指一个指一个指一个指一个“与非与非与非与非”门能带同类门的最大数目，它门能带同类门的最大数目，它门能带同类门的最大数目，它门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于表示带负载的能力。对于表示带负载的能力。对于表示带负载的能力。对于TTL“TTL“与非与非与非与非”门门门门 N NOO 8 8。输入高电平电流输入高电平电流输入高电平电流输入高电平电流 I IIHIH和输入低电平电流和输入低电平电流和输入低电平电流和输入低电平电流 I II

25、LIL 当某一输入端接当某一输入端接当某一输入端接当某一输入端接高电平高电平高电平高电平，其余输入端接低电，其余输入端接低电，其余输入端接低电，其余输入端接低电 平平平平时，时，时，时，流入该输入端的电流，流入该输入端的电流，流入该输入端的电流，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流称为高电平输入电流称为高电平输入电流称为高电平输入电流 I IIHIH（A A）。）。）。）。当某一输入端接当某一输入端接当某一输入端接当某一输入端接低电平低电平低电平低电平，其余输入端接高电平其余输入端接高电平其余输入端接高电平其余输入端接高电平时，时，时，时，流出该输入端的电流，流出该输入端的电流，流出该输入端

26、的电流，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流称为低电平输入电流称为低电平输入电流称为低电平输入电流 I IILIL（mAmA）。）。）。）。扇出系数扇出系数扇出系数扇出系数N NOO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间 t tpd pd 50%50%tpd1tpd2 TTL TTL的的的的 t tpd pd 约在约在约在约在 10ns 40ns10ns 40ns，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。，此值愈小愈好。输入波形输入波形ui输出波形输出波形uO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目

27、录20.3.2 三态输出三态输出“与非与非”门门当控制端当控制端当控制端当控制端为高电平为高电平为高电平为高电平“1”1”时，时，时，时，实现正常实现正常实现正常实现正常的的的的“与非与非与非与非”逻辑关逻辑关逻辑关逻辑关系系系系 Y Y=ABAB“1”控制端控制端 DE1.1.电路电路电路电路 D截止截止截止截止 T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录“0”控制端控制端 DE T5Y R3R5AB R4R2R1 T3 T4T2+5V T11.1.电路电路电路电路导通导通导通导通1V1V当控制端当控制端当控制端当控制端

28、为低电平为低电平为低电平为低电平“0”0”时，时，时，时，输出输出输出输出 Y Y处处处处于开路状于开路状于开路状于开路状态，也称态，也称态，也称态，也称为高阻状为高阻状为高阻状为高阻状态。态。态。态。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录&YEBA逻辑符号逻辑符号 0 高阻高阻0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 1 0 表示任意态表示任意态表示任意态表示任意态20.3.2 三态输出三态输出“与非与非”门门三态输出三态输出三态输出三态输出“与非与非与非与非”状态表状态表状态表状态表ABEY功能表功能表输出高阻输出高阻输出高阻输出高阻下一页下一页返回返回上一页上一

29、页退出退出章目录章目录三态门应用：三态门应用：三态门应用：三态门应用：可实现用可实现用可实现用可实现用一条一条一条一条总线分时传送总线分时传送总线分时传送总线分时传送几个不同的数据或控制信号。几个不同的数据或控制信号。几个不同的数据或控制信号。几个不同的数据或控制信号。“1”“0”“0”如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：总总总总线线线线&A A1 1B B1 1E E1 1&A A2 2B B2 2E E2 2&A A3 3B B3 3E E3 3A1 B1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.1.电路电路电路电路&YCBA逻辑符号逻辑符号逻辑符号逻辑符号 T5Y R3

30、AB CR2R1T2+5V T1RLU 20.3.3 集电极开路集电极开路“与非与非”门电路门电路(OC门门)（了解）（了解）有有有有源源源源负负负负载载载载(上上拉拉电电阻阻）下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录OCOC门的特点：门的特点：门的特点：门的特点：1.1.输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载如：如：如：如：Y&CBAKA+24VKA2202.2.几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“0”“0”下一页

31、下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录OCOC门的特点：门的特点：门的特点：门的特点：1.1.输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载输出端可直接驱动负载如：如：如：如：Y&CBAKA+24VKA2202.2.几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联几个输出端可直接相联&A1B1C1Y1&A2B2C2Y2&A3B3C3Y3URLY“1”“0”“0”“1”“线与线与线与线与”功能功能功能功能0下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录（2 2）集电极开路的）集电极开路的）集电极开路的）集电极开路的TTLTTL与非门（与非门（与非门（与非门

32、（OCOC门）门）门）门）实际使用中，若将两个或多个逻辑门的输出端直实际使用中，若将两个或多个逻辑门的输出端直接与总线相连，就会得到附加的接与总线相连，就会得到附加的“线与线与线与线与”逻辑功能。逻辑功能。上面讲到的普通上面讲到的普通TTL与非门，由于采用了推与非门，由于采用了推拉式输出电路，因此其输出电阻很低，使用时输拉式输出电路，因此其输出电阻很低，使用时输出端不能长久接地或与电源短接。因此不能直接出端不能长久接地或与电源短接。因此不能直接让输出端与总线相连，即不允许直接进行上述让输出端与总线相连，即不允许直接进行上述“线与线与”。FR5UccT3T5T4R5UccT3T5T4G1G2线与

33、线与 多个普通多个普通TTL与非门电路的输出端也不能连与非门电路的输出端也不能连接在一起后上总线。因为，当它们的输出端连接接在一起后上总线。因为，当它们的输出端连接在一起上到总线上，只要有一个与非门的输出为在一起上到总线上，只要有一个与非门的输出为高电平时，这个高电平输出端就会直接与其它低高电平时，这个高电平输出端就会直接与其它低电平输出端连通而形成通路，总线上就会有一个电平输出端连通而形成通路，总线上就会有一个很大的电流很大的电流Ic由高电平输出端经总线流向低电平由高电平输出端经总线流向低电平输出端的门电路，该门电路将因功耗过大而极易输出端的门电路，该门电路将因功耗过大而极易烧毁。烧毁。下一

34、页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录场效应晶体管场效应晶体管 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是半导体器件，即是电压控制元件电压控制元件电压控制元件电压控制元件。它的输出电流决。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。输入电阻高，且温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管按结构不同按结构不同场效应管有两种场效应管有两种:绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管

35、 而绝缘栅型场效应管又分为：而绝缘栅型场效应管又分为：增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类 每类每类又有又有N N沟道沟道沟道沟道和和P P沟道沟道沟道沟道之分之分20.4 CMOS门电路门电路 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 栅极和其栅极和其栅极和其栅极和其它电极及硅它电极及硅它电极及硅它电极及硅片之间是绝片之间是绝片之间是绝片之间是绝缘的，称绝缘的，称绝缘的，称绝缘的，称绝缘栅型场效缘栅型场效缘栅型场效缘栅型场效应管。应管。应管。应管。(1)(1)N N沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管

36、的结构沟道增强型管的结构1.1.增强型绝缘栅增强型绝缘栅增强型绝缘栅增强型绝缘栅场效应管场效应管场效应管场效应管（本身无导电沟道，只能增强）（本身无导电沟道，只能增强）（本身无导电沟道，只能增强）（本身无导电沟道，只能增强）漏极漏极金属电极金属电极栅极栅极源极源极 高掺杂高掺杂N区区DGSSIO2绝缘层绝缘层P P型硅衬底型硅衬底N+N+符号：符号：符号：符号：GSD下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(2)N(2)N沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理工作原理工作原理 由结构图可见由结构图可见，N+型漏区和型漏区和N+型源区之间被型源区之间

37、被P型型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结结。当栅源电压当栅源电压UGS=0 时时，不管漏极和源极之间所不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其加电压的极性如何，其中总有一个中总有一个PN结是反向结是反向偏置的，反向电阻很高，偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零漏极电流近似为零。SDP P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N N+N+D DS S+GGE EGG-U UGSGS下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 当当当当U UGS GS 0 0 时，时，时，时，P P型衬底中的电子受到电场力的吸型衬底中的电子受到电场力的

38、吸型衬底中的电子受到电场力的吸型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当当当当U UGS GS U UGSGS（thth）时，还在表面形成一个时，还在表面形成一个时，还在表面形成一个时，还在表面形成一个N N型层，称反型型层，称反型型层，称反型型层，称反型层，即勾通源区和漏区的层，即勾通源区和漏区的层，即勾通源区和漏区的层，即勾通源区和漏区的N N型导电沟道，将型导电沟道，将型导电沟道，将型导电沟道，将D-SD-S连接连接连接连接起来。起来。起来。

39、起来。U UGSGS愈高，愈高，愈高，愈高，导电沟道导电沟道导电沟道导电沟道愈宽。愈宽。愈宽。愈宽。P P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N N沟道沟道沟道沟道N N+N+D DGGS S-耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层E EGG+-U UGSGS下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录N N型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效应管的导通应管的导通应管的导通应管的导通P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N+N+E EGGS S GG+N+N+D DN N沟道沟道沟道沟道+E ED DI ID D 当当当当U UGSGS U U

40、GSGS(th(th(th(th）后，场后，场后，场后，场效应管才形成导电沟道，效应管才形成导电沟道，效应管才形成导电沟道，效应管才形成导电沟道，开始导通，开始导通，开始导通，开始导通，若漏若漏若漏若漏 源之间源之间源之间源之间加上一定的电压加上一定的电压加上一定的电压加上一定的电压U UDSDS，则，则，则，则有漏极电流有漏极电流有漏极电流有漏极电流I ID D产生。产生。产生。产生。在一定的漏在一定的漏在一定的漏在一定的漏 源电压源电压源电压源电压U UDSDS下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅

41、源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压U UGS(GS(thththth）。在一定的在一定的在一定的在一定的U UDSDS下下下下漏极电漏极电漏极电漏极电流流流流I ID D的大小与栅源电压的大小与栅源电压的大小与栅源电压的大小与栅源电压U UGSGS有关。所以，有关。所以，有关。所以，有关。所以，场效场效场效场效应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电流的器件。流的器件。流的器件。流的器件。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(3)(3)特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移

42、特性曲线转移特性曲线ID/mAUDS/Vo oUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V 漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线恒流区恒流区恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区截止区截止区截止区截止区无沟道无沟道无沟道无沟道有沟道有沟道有沟道有沟道UGS/VUGS(th)UDS=常数常数ID/16mAO开启电压开启电压开启电压开启电压U UGSGS(th(th(th(th）下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录N型衬底型衬底P+P+GSD符号：符号：结构结构(4)(4)P P P P沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型 SiO2绝缘层绝缘层G-

43、SG-S间加反向电压才间加反向电压才能形成能形成P P型导电沟道型导电沟道 增强型场效应管只有当增强型场效应管只有当U USGSG U USGSG(th(th(th(th）时才形成导时才形成导电沟道。电沟道。USG下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2.2.耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管GSD符号：符号：如果如果如果如果MOSMOS管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。耗尽型场效应管。耗尽型场效应管。耗尽型场效应管。(可耗尽

44、可增强可耗尽可增强可耗尽可增强可耗尽可增强)(1)N(1)N沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管SiO2绝缘层中绝缘层中掺有正离子掺有正离子予埋了予埋了N型型 导电沟道导电沟道下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(2)(2)N N沟道沟道沟道沟道耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线管的特性曲线管的特性曲线夹断电压夹断电压 耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。电压到一定值时才能夹断。UGS(off)U DSUGS=0UGS0漏极特性曲线漏极特性曲线OID/mA16 201248

45、121648IDSS转移特性曲线转移特性曲线OID/mA UGS/V-1-2-34812161 2U UDSDS=常数常数常数常数下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录20.4.1 CMOS 非门电路非门电路AYT2+UDDT1N 沟道沟道P 沟道沟道GGDSS20.4 CMOS门电路门电路 PMOSPMOS管管管管NMOSNMOS管管管管CMOS CMOS 管管管管负载管负载管负载管负载管驱动管驱动管驱动管驱动管(互补对称管互补对称管互补对称管互补对称管)A A=“1”=“1”时，时，时，时，T T1 1导导通通通通（下）（下）（下）（下），T T2 2截止截止截止截止（上上上

46、上），Y Y=“0 0”A A=“0”=“0”时，时，时，时，T T1 1截止，截止，截止，截止，T T2 2导导通，通，通，通，Y Y=“1 1”Y=AY=AT1,N沟道增强型，加正向栅源电压沟道增强型，加正向栅源电压可导通。可导通。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录T4 与与 T3 并联，并联，T1 与与 T2 串联；串联；当当 AB 都是高电平时都是高电平时,T1 与与 T2 同同时时导导通通，T4 与与 T3 同同时时截截止止；输输出出 Y 为为低电平。低电平。当当AB中中有有一一个个是是低低电电平平时时，T1与与T2中中有有一一个个截截止止，T4与与T3中中有有一一

47、个个导导通通,输出输出Y 为高电平。为高电平。20.4.2 CMOS与非与非门电路门电路ABT4T3T1T2+UDDY1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录BT4T3T1T2AY 当当 AB 中中有有一一个个是是高高电电平平时时，T1 与与 T2 中中有有一一个个导导通通，T4 与与 T3 中中有有一一个个截截止止，输输出出 Y 为低电平。为低电平。当当AB都都是是低低电电平平时时，T1 与与 T2 同同时时截截止止，T4 与与 T3 同同时时导导通通；输输出出 Y 为高电平。为高电平。20.4.3 CMOS或非门电

48、路或非门电路1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录20.4.4 CMOS传输传输门电路门电路（了解了解）U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uOO控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极控制极1.1.电路电路电路电路 2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理设：设：设：设：10V10V0V0V可见可见可见可见u ui在在在在010V010V连续变连续变连续变连续变化时，至少有一个管子化时，至少有一个管子化时，至少有一个管子化时，至少有一个管子导通，传输门打开，导通，传输门打开，导通，传输门

49、打开，导通，传输门打开，（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）（相当于开关接通）u ui可传输到输出端，即可传输到输出端，即可传输到输出端，即可传输到输出端，即u uOO=u ui，所以，所以，所以，所以COMSCOMS传输门传输门传输门传输门可以传输模拟信号，也可以传输模拟信号，也可以传输模拟信号，也可以传输模拟信号，也称为称为称为称为模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关。（07V07V）导通导通导通导通（310V310V）导通导通导通导通下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录U UDDDDu uiT T1 1T T2 2C CC Cu uOO控制极控制极控制极控制

50、极控制极控制极控制极控制极0V0V10V10V可见可见可见可见u ui在在在在010V010V连续变连续变连续变连续变化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，化时，两管子均截止，传输门关断，（相当于传输门关断，（相当于传输门关断，（相当于传输门关断，（相当于开关断开）开关断开）开关断开）开关断开）u ui不能传输不能传输不能传输不能传输到输出端。到输出端。到输出端。到输出端。（010V010V）截止截止截止截止截止截止截止截止结论：结论：结论：结论：C C=“1”(=“1”(C C=“0”)=“0”)时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。时传输门开通。C C=“0”(=